機械原理課件-東南大學-鄭文緯-第七版-第十章

第十章

平面機構(gòu)的平衡第十章

平面機構(gòu)的平衡1第十章平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)平衡的目的和分類剛性回轉(zhuǎn)件的平衡剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法機架上的平衡

第十章平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)平衡的目的和分類2§10-1機構(gòu)平衡的目的和分類機構(gòu)平衡的目的機構(gòu)平衡的分類§10-1機構(gòu)平衡的目的和分類機構(gòu)平衡的目的3§10-2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的平衡。D/B≥5（徑寬比）剛性轉(zhuǎn)子的動平衡質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的平衡。D/B<5（徑寬比）§10-2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡4§10-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法理論上完全平衡的轉(zhuǎn)子不一定平衡制造和裝配誤差材料的密度不均勻通過試驗方法平衡靜平衡試驗原理動平衡試驗原理§10-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法理論上完全平衡的轉(zhuǎn)子不一定平5§10-4機架上的平衡

引言完全平衡法近似平衡法對稱布置法§10-4機架上的平衡引言6結(jié)束結(jié)束7一、機構(gòu)平衡的目的運轉(zhuǎn)的構(gòu)件慣性力（矩）運動副中產(chǎn)生附加的動壓力大小和方向周期性變化增加運動副的摩擦、降低工作精度、可靠性下降發(fā)生有害的振動甚至使機械遭到破壞（共振）降低機械效率和使用壽命機械的平衡的目的：合理地分配構(gòu)件中的質(zhì)量，消除或減少附加動壓力以及機座的振動。一、機構(gòu)平衡的目的運轉(zhuǎn)的構(gòu)件慣性力（矩）運動副中產(chǎn)生附加的動8二、機構(gòu)平衡的分類轉(zhuǎn)子的平衡（定軸轉(zhuǎn)動構(gòu)件的平衡）剛性轉(zhuǎn)子的平衡無顯著地彈性變形的剛性轉(zhuǎn)動構(gòu)件，n<(0.6~0.75)nc平衡原理--力系的平衡原理撓性轉(zhuǎn)子的平衡在慣性力的影響下產(chǎn)生顯著地彎曲變形的轉(zhuǎn)子,n≥(0.6~0.75)nc機架上的平衡

（平面運動構(gòu)件的平衡）平面運動的構(gòu)件的慣性力由機架平衡。機構(gòu)的平衡稱為機架上的平衡

。

使轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈振動的特定轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速nc。二、機構(gòu)平衡的分類轉(zhuǎn)子的平衡（定軸轉(zhuǎn)動構(gòu)件的平衡）使轉(zhuǎn)子發(fā)生9一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)：構(gòu)件以ω轉(zhuǎn)動，m1mnm2rnr1r2靜平衡的條件是：分布于該回轉(zhuǎn)件上各個質(zhì)量的離心力的合力等于零或質(zhì)徑積的向量和等于零。有n個分布在同一平面中的質(zhì)點mi（i＝1,2,…,n）其質(zhì)心分別為ri

，其慣性力為平衡質(zhì)量mb和質(zhì)心rb,使得一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)：構(gòu)件以ω轉(zhuǎn)動，m1mnm2rnr1r10一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡舉例：有三個質(zhì)量塊，分別作出三個質(zhì)徑積mr為了平衡，應加平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積mbrb

在求出mbrb

后，根據(jù)rb的方向，添加平衡質(zhì)量mb；或rb的反方向，減少平衡質(zhì)量mb。一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡舉例：有三個質(zhì)量塊，分別作出三個質(zhì)徑積m11二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡兩個不平衡質(zhì)量BDFi2Fi1sm1m2動平衡條件：離心力合力F

離心力引起的合力偶

M至少有兩個任選平衡校正面二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡兩個不平衡質(zhì)量BDFi2Fi1sm1m212r1Bm1Br3Am3Am1Ar1A二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡選取兩個平衡面A、B將各質(zhì)量分解成位于兩平衡面上的兩個等效質(zhì)量；按靜平衡方法分別求出兩個平衡質(zhì)量。miA=mibi/LmiB=miai/Lmi=miA+miBm2Ar2Ayx

m1r1m3r3m2r2r3Bm3Ba2

b2

a1

b1

a3

b3

Lm2Br2B3

r1Bm1Br3Am3Am1Ar1A二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡選取13一、靜平衡試驗原理DB鋼制刀口形導軌靜平衡架轉(zhuǎn)子

通過轉(zhuǎn)子在靜平衡架上轉(zhuǎn)動尋求平衡質(zhì)量的大小和位置。在重力作用下，轉(zhuǎn)子將發(fā)生轉(zhuǎn)動；待轉(zhuǎn)子靜止后，在轉(zhuǎn)子上刻一鉛垂線。再使轉(zhuǎn)子向另一方向轉(zhuǎn)動，待轉(zhuǎn)子靜止后，在轉(zhuǎn)子上刻一鉛垂線一、靜平衡試驗原理DB鋼制刀口形導軌靜平衡架轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子在14二、動平衡試驗原理電動機帶傳動

齒輪傳動試件

萬向節(jié)手測振傳感器123解算4放大器

56基準信號發(fā)生器78驅(qū)動系統(tǒng)測量系統(tǒng)支承系統(tǒng)傳感器1、2拾得振動信號

信號送入解算電路3內(nèi)進行處理放大器4由儀表7指示出不平衡質(zhì)徑積的大小

4信號與5信號輸入鑒相器6，由儀表8指示不平衡質(zhì)徑積的相位

二、動平衡試驗原理電動機帶傳動齒輪傳動試件萬向節(jié)手測振傳15

在一般平面機構(gòu)中存在著作往復運動和平面復合運動的構(gòu)件，它們的慣性力和慣性力偶矩不可能象回轉(zhuǎn)件一樣在每個構(gòu)件內(nèi)部得到平衡。引言如何使機構(gòu)在運動時其質(zhì)心靜止不動。

但就整個機構(gòu)而言，可以在機架上平衡其所承受的總慣性力和總慣性力矩。總慣性力矩還必須與機構(gòu)的驅(qū)動力矩與生產(chǎn)阻力矩綜合考慮。總慣性力在機架上得到平衡，從而減小或消除運動構(gòu)件作用于機架上的動壓力。平面機構(gòu)平衡的必要和充分條件:只有使質(zhì)心S靜止不動。機構(gòu)的總慣性力為F=-Mas，欲使任何位置都有F=0，則機構(gòu)總質(zhì)心作勻速直線運動；機構(gòu)總質(zhì)心沿著封閉曲線退化為停留在一個點。

當且僅當平面機構(gòu)總質(zhì)心靜止不動時，平面機構(gòu)的慣性力才能達到完全平衡。 在一般平面機構(gòu)中存在著作往復運動和平面復合運動的構(gòu)件，它們16一、完全平衡法調(diào)整機構(gòu)的質(zhì)心(包括運動構(gòu)件和平衡質(zhì)量的總質(zhì)心)位置，從而使機構(gòu)達到其總慣性力在機架上平衡平衡質(zhì)量的具體方法質(zhì)量代換法主要點矢量法線性獨立矢量法質(zhì)量代換法中的靜代換一、完全平衡法調(diào)整機構(gòu)的質(zhì)心(包括運動構(gòu)件和平衡質(zhì)量的總質(zhì)心17鉸鏈四桿機構(gòu)用靜代換法將構(gòu)件2的質(zhì)量m2分配到鉸鏈B和C的中心上ABC4123DS2S3m’m’’S1h2l2l3h3r3r1l1h1在構(gòu)件I的延長線上r1處續(xù)上一個對重，使其質(zhì)量m’與m2B、m1的總質(zhì)心位于點A處鉸鏈四桿機構(gòu)用靜代換法將構(gòu)件2的質(zhì)量m2分配到鉸鏈B和C的中18曲柄滑塊機構(gòu)的ABC4123S2m’m’’r1l1h1h2l2S1在構(gòu)件2的延長線上r2處續(xù)上一個對重，使其質(zhì)量m’‘與m2、m3的總質(zhì)心位于點B處r2在構(gòu)件I的延長線上r1處續(xù)上一個對重，使其質(zhì)量m’與mB、m1的總質(zhì)心位于點A處曲柄滑塊機構(gòu)的ABC4123S2m’m’’r1l1h1h2l19二、近似平衡法只平衡機構(gòu)慣性力的一部分ABC4123S2m’m’’S1二、近似平衡法只平衡機構(gòu)慣性力的一部分ABC4123S2m’20三、對稱布置法為了部分地或完全地平衡機構(gòu)的慣性力,實際上還常常采用對稱平衡或各種相同機構(gòu)對稱布置的設(shè)計。例1例2三、對稱布置法為了部分地或完全地平衡機構(gòu)的慣性力,實際上還常21第十章

平面機構(gòu)的平衡第十章

平面機構(gòu)的平衡22第十章平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)平衡的目的和分類剛性回轉(zhuǎn)件的平衡剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法機架上的平衡

第十章平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)平衡的目的和分類23§10-1機構(gòu)平衡的目的和分類機構(gòu)平衡的目的機構(gòu)平衡的分類§10-1機構(gòu)平衡的目的和分類機構(gòu)平衡的目的24§10-2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的平衡。D/B≥5（徑寬比）剛性轉(zhuǎn)子的動平衡質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的平衡。D/B<5（徑寬比）§10-2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡25§10-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法理論上完全平衡的轉(zhuǎn)子不一定平衡制造和裝配誤差材料的密度不均勻通過試驗方法平衡靜平衡試驗原理動平衡試驗原理§10-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法理論上完全平衡的轉(zhuǎn)子不一定平26§10-4機架上的平衡

引言完全平衡法近似平衡法對稱布置法§10-4機架上的平衡引言27結(jié)束結(jié)束28一、機構(gòu)平衡的目的運轉(zhuǎn)的構(gòu)件慣性力（矩）運動副中產(chǎn)生附加的動壓力大小和方向周期性變化增加運動副的摩擦、降低工作精度、可靠性下降發(fā)生有害的振動甚至使機械遭到破壞（共振）降低機械效率和使用壽命機械的平衡的目的：合理地分配構(gòu)件中的質(zhì)量，消除或減少附加動壓力以及機座的振動。一、機構(gòu)平衡的目的運轉(zhuǎn)的構(gòu)件慣性力（矩）運動副中產(chǎn)生附加的動29二、機構(gòu)平衡的分類轉(zhuǎn)子的平衡（定軸轉(zhuǎn)動構(gòu)件的平衡）剛性轉(zhuǎn)子的平衡無顯著地彈性變形的剛性轉(zhuǎn)動構(gòu)件，n<(0.6~0.75)nc平衡原理--力系的平衡原理撓性轉(zhuǎn)子的平衡在慣性力的影響下產(chǎn)生顯著地彎曲變形的轉(zhuǎn)子,n≥(0.6~0.75)nc機架上的平衡

（平面運動構(gòu)件的平衡）平面運動的構(gòu)件的慣性力由機架平衡。機構(gòu)的平衡稱為機架上的平衡

。

使轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈振動的特定轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速nc。二、機構(gòu)平衡的分類轉(zhuǎn)子的平衡（定軸轉(zhuǎn)動構(gòu)件的平衡）使轉(zhuǎn)子發(fā)生30一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)：構(gòu)件以ω轉(zhuǎn)動，m1mnm2rnr1r2靜平衡的條件是：分布于該回轉(zhuǎn)件上各個質(zhì)量的離心力的合力等于零或質(zhì)徑積的向量和等于零。有n個分布在同一平面中的質(zhì)點mi（i＝1,2,…,n）其質(zhì)心分別為ri

，其慣性力為平衡質(zhì)量mb和質(zhì)心rb,使得一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)：構(gòu)件以ω轉(zhuǎn)動，m1mnm2rnr1r31一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡舉例：有三個質(zhì)量塊，分別作出三個質(zhì)徑積mr為了平衡，應加平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積mbrb

在求出mbrb

后，根據(jù)rb的方向，添加平衡質(zhì)量mb；或rb的反方向，減少平衡質(zhì)量mb。一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡舉例：有三個質(zhì)量塊，分別作出三個質(zhì)徑積m32二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡兩個不平衡質(zhì)量BDFi2Fi1sm1m2動平衡條件：離心力合力F

離心力引起的合力偶

M至少有兩個任選平衡校正面二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡兩個不平衡質(zhì)量BDFi2Fi1sm1m233r1Bm1Br3Am3Am1Ar1A二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡選取兩個平衡面A、B將各質(zhì)量分解成位于兩平衡面上的兩個等效質(zhì)量；按靜平衡方法分別求出兩個平衡質(zhì)量。miA=mibi/LmiB=miai/Lmi=miA+miBm2Ar2Ayx

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b2

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r1Bm1Br3Am3Am1Ar1A二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡選取34一、靜平衡試驗原理DB鋼制刀口形導軌靜平衡架轉(zhuǎn)子

通過轉(zhuǎn)子在靜平衡架上轉(zhuǎn)動尋求平衡質(zhì)量的大小和位置。在重力作用下，轉(zhuǎn)子將發(fā)生轉(zhuǎn)動；待轉(zhuǎn)子靜止后，在轉(zhuǎn)子上刻一鉛垂線。再使轉(zhuǎn)子向另一方向轉(zhuǎn)動，待轉(zhuǎn)子靜止后，在轉(zhuǎn)子上刻一鉛垂線一、靜平衡試驗原理DB鋼制刀口形導軌靜平衡架轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子在35二、動平衡試驗原理電動機帶傳動

齒輪傳動試件

萬向節(jié)手測振傳感器123解算4放大器

56基準信號發(fā)生器78驅(qū)動系統(tǒng)測量系統(tǒng)支承系統(tǒng)傳感器1、2拾得振動信號

信號送入解算電路3內(nèi)進行處理放大器4由儀表7指示出不平衡質(zhì)徑積的大小

4信號與5信號輸入鑒相器6，由儀表8指示不平衡質(zhì)徑積的相位

二、動平衡試驗原理電動機帶傳動齒輪傳動試件萬向節(jié)手測振傳36

在一般平面機構(gòu)中存在著作往復運動和平面復合運動的構(gòu)件，它們的慣性力和慣性力偶矩不可能象回轉(zhuǎn)件一樣在每個構(gòu)件內(nèi)部得到平衡。引言如何使機構(gòu)在運動時其質(zhì)心靜止不動。

但就整個機構(gòu)而言，可以在機架上平衡其所承受的總慣性力和總慣性力矩?？倯T性力矩還必須與機構(gòu)的驅(qū)動力矩與生產(chǎn)阻力矩綜合考慮。總慣性力在機架上得到平衡，從而減小或消除運動構(gòu)件作用于機架上的動壓力。平面機構(gòu)平衡的必要和充分條件:只有使質(zhì)心S靜止不動。機構(gòu)的總慣性力為F=-Mas，欲使任何位置都有F=0，則機構(gòu)總質(zhì)心作勻速直線運動；機構(gòu)總質(zhì)心沿著封閉曲線退化為停留在一個點。

當且僅當平面機構(gòu)總質(zhì)心靜止不動時，平面機構(gòu)的慣性力才能達到完全平衡。 在一般平面機構(gòu)中存在著作往復運動和平面復合運動的構(gòu)件，它們37一、完全平衡法調(diào)整機構(gòu)的質(zhì)心(包括運動構(gòu)件和平衡質(zhì)量的總質(zhì)心)位置，從而使機構(gòu)達到其總慣性力在機架上平衡平衡質(zhì)量的具體方法質(zhì)量代換法主要點矢量法線性獨立矢量法質(zhì)量代換法中的靜代換